一種線燃分離式聲學釋放器

陳延濱，許云博，吳迪，張曉翼

（北京探礦工程研究所，北京 100083）

0 前言

人類不斷增長的物資需求使陸地資源日益枯竭，而深邃的海洋是尚未開發(fā)的巨大資源寶庫，對資源的需求迫使人類不得不向海洋“內層空間”進軍。20世紀70年代以來迅速發(fā)展的深海技術，為人類探索深海和利用海底資源提供了強有力的技術支撐。迄今為止，除海洋石油、天然氣外，人類還在深海洋底發(fā)現了錳結核、鈷結核、熱液礦床、天然氣水合物和海底生物等多種資源。未來深海資源的開發(fā)、利用和新資源的發(fā)現，將對我國國民經濟促進和社會發(fā)展，以及國家的軍事安全都具有重要的戰(zhàn)略意義。在海底資源的開發(fā)利用中，深海聲學釋放器是必不可少的重要裝備［1］。

此外，在海洋環(huán)境監(jiān)測中，深海潛標、海底固定或移動觀測平臺、其它海洋參數測量系統(tǒng)和海底底質取樣設備等都離不開聲學釋放器。同時，聲學釋放器在海洋軍事監(jiān)測中也大量應用。有人預計，在未來海上試驗場區(qū)水下監(jiān)測工作站的建設和水下通訊網絡的鋪設中也需要大量使用聲學釋放器，因此聲學釋放器還在海洋開發(fā)和海洋資源調查、海洋環(huán)境監(jiān)測、海洋工程建設、海洋軍事等多種領域都具有廣泛用途。

當前市場上的聲學釋放器大多數都是通常采用電機驅動鎖緊銷上下伸縮或者回旋旋轉方式進行解脫釋放，其聲控系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示。

目前國內使用的聲學釋放器幾乎全靠進口，每年需耗費大量的外匯，本文所闡述的線燃分離式聲學釋放器是一種可靠性高，簡便易行，造價較低的一種釋放器，且不受海洋深度的限制，能夠滿足各研究機構進行深海探測的需求。

圖1 聲遙控系統(tǒng)工作原理圖

1 工作原理

聲遙控系統(tǒng)采用如圖1所示的原理，浮球吊著探測設備，線燃分離式聲學釋放器吊著重物。線燃分離式聲學釋放器的工作原理如圖2所示，鋼絲繩通過杠桿機構吊著重物，鋼絲繩暴露海水中，與鋼絲繩很近的位置有若干電極，應答器和電磁開關封閉在浮球內。當測試系統(tǒng)下沉海底，測試完畢后，甲板單元發(fā)出聲納信號，海底應答器接受信號，并且控制電磁開關將電極通直流電，通過海水介質，加速不銹鋼鋼絲繩電腐蝕，當鋼絲繩腐蝕到不足以承受重物的時候，脫離重物，完成釋放功能，通過浮球的浮力回收探測設備。其中應答器和電磁開關封閉在浮球內如圖3所示。

線燃分離式聲學釋放器的原理是一個變相的杠桿機構，由螺栓、滑塊和主體構成，滑塊通過鋼絲繩吊著重物，受力為G。通過受力分析可分解為水平的力g2和豎直的力g1，g1作用在主體上，g2是使得滑塊和重物有脫落趨勢的力，F是使得滑塊和重物不能脫落的作用力，也就是要腐蝕燃斷的鋼絲繩的受力。

圖2 工作原理圖

圖3 浮球的內部

鋼絲繩選用的時候要留有安全余量，可參照鋼絲繩的國家標準選用。選用時，要選用不銹鋼材質，多股纏繞式鋼絲繩，不要選用帶有非金屬芯的鋼絲繩。

當鋼絲繩腐蝕燃斷后F突然為0，滑塊向兩邊翻轉，將重物釋放。

圖4 受力圖

2 釋放時間

通過實驗的方法確定腐蝕燃斷時間，可以將所采用的鋼絲繩裝配到釋放器上，放置在海水或者人造海水里。人造海水可通過符合ASTM D 1141-98（2003）標準［3］的海鹽來配置，通電進行腐蝕燃斷實驗。一般真正的釋放時間要小于實驗時間，可以通過選擇鋼絲繩粗細，或者增加電極對數來控制燃斷時間。

圖5 探測器實際應用

3 性能比較

從以上的論述可以看出，該線燃分離式聲學釋放器不受海水深度的影響，只要能接受到聲納信號的深度都適用，這比一般的深海釋放器更有優(yōu)勢。

該線燃分離式聲學釋放器與市場上的回旋旋轉式釋放器功能對比如下表：

應答器頻率／kHz材料 雙向應答釋放執(zhí)行水下釋放噸位／T線燃分離式 7～15 尼龍 無 不銹鋼纜線 0.2～5回旋旋轉式 7～15k 不銹鋼 無 高扭矩電機 1～5

由上表可以看出，其性能與已有的釋放器的性能相當，但是其造價卻遠低于回旋旋轉式釋放器，且能夠滿足一般深海探測需要。

4 結論

線燃分離式聲學釋放器，為深海探測提供了一種簡便易行的深海釋放的設計思路；分析了這種線燃分離式釋放器的上浮時間，并與同類型產品做了性能比較；解決了研究單位進行深海探測時須花大價錢購買深海釋放器的問題；解決了現有深海釋放器對海水深度有限制的問題。

［1］陳雄洲，呂維樂，陳霞.深海聲學釋放器的研究與分析［J］.2009年度救撈論文集.中國會議.2009.

［2］哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.理論力學［M］.北京：高等教育出版社.2009.

［3］SEA-SALT ASTMD 1141-98（2003）Formulaa，Table X1.1，Section6.